Điều chế kim loại

        ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI

I – NGUYÊN TẮC ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI

                Khử ion kim loại thành kim loại

Mⁿ⁺ + ne → M

II – MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ KIM LOẠI

1. Phương pháp thủy luyện

- Nguyên tắc: ùng dung dịch thích hợp (HCl, HNO3, nước cường toan, CN-…) hòa tan nguyên liệu sau đó lấy kim loại mạnh (không tan trong nước) đẩy kim loại yếu khỏi dung dịch của nó.

-  Phạm vi sử dụng: thường dùng trong phòng thí nghiệm để điều chế các kim loại sau Mg (thường là kim loại yếu).

Ví dụ 1: 
Người ta điều chế Ag bằng cách nghiền nhỏ quặng bạc sunfua Ag₂S, xử lí bằng dung dịch NaCN, rồi lọc để thu được dung dịch muối phức bạc:

Ag₂S + 4NaCN → 2Na[Ag(CN)₂] + Na₂S

Sau đó, ion Ag+ trong phức được khử bằng kim loại Zn:

Zn + 2Na[Ag(CN)₂] → Na₂[Zn(CN)₄] + 2Ag

Ví dụ 2: 
Vàng lẫn trong đất đá có thể hòa tan dần trong dung dịch NaCN cùng với oxi của không khí, được dung dịch muối phức của vàng:

4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O → 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH

Sau đó, ion Au³⁺ trong phức được khử bằng kim loại Zn:

Zn + 2Na[Au(CN)₂] → Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au

2. Phương pháp nhiệt luyện

- Nguyên tắc: dùng chất khử CO, C, Al, H₂ khử oxit kim loại ở nhiệt độ cao.

- Phạm vi sử dụng: thường dùng trong công nghiệp với kim loại sau Al.

Ví dụ:

PbO + C →Pb + CO 
Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ 
WO₃ + 3H₂ → W + 3H₂O 
TiCl₄ + 4Na  →Ti + 4NaCl 
V₂O₅ + 5Ca  →2V + 5CaO

Các phản ứng dùng kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ làm chất khử đều phải thực hiện trong môi trường khí trơ hoặc chân không 
- Trường hợp quặng là sunfua kim loại như Cu₂S, ZnS, FeS₂…thì phải chuyển sunfua kim loại thành oxit kim loại. Sau đó khử oxit kim loại bằng chất khử thích hợp Ví dụ với ZnS:

2ZnS + 3O₂  →2ZnO + 2SO₂ 
ZnO + C  →Zn + CO

- Đối với kim loại khó nóng chảy như Cr, người ta dùng Al làm chất khử (phản ứng nhiệt nhôm). Phản ứng nhiệt nhôm tỏa nhiệt mạnh, lượng nhiệt tạo ra được sử dụng để đun nóng chảy Cr₂O₃, nhờ vậy giảm được chi phí cho nhiên liệu:

 Cr₂O₃ + 2Al → 2Cr + Al₂O₃

- Đối với những kim loại kém hoạt động như Hg, Ag chỉ cần đốt cháy quặng cũng thu được kim loại mà không cần dùng chất khử

HgS + O₂ → Hg + SO₂

3. Phương pháp điện phân

a. Điện phân nóng chảy

- Nguyên tắc: Dùng dòng điện một chiều khử ion kim loại trong chất điện li nóng chảy (muối halogenua, oxit, hidroxit).

- Phạm vi sử dụng: có thể dùng để điều chế tất cả các kim loại nhưng thường dùng với kim loại mạnh: K, Na, Mg, Ca, Ba và Al.

b. Điện phân dung dịch

- Nguyên tắc: Dùng dòng điện một chiều khử ion kim loại yếu trong dung dịch muối của nó.

- Phạm vi sử dụng: Dùng điều chế các kim loại yếu.

Ví dụ:                                  ZnBr₂  → Zn + Br₂ 
                                          2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu + 2H₂SO₄ + O₂

BÀI TẬP ÁP DỤNG

Câu 1 :Muốn điều chế Pb theo phương pháp thủy luyện người ta cho kim lọai nào vào dung dịch Pb(NO₃)₂ :

          A.Na                            B.Cu                           C.Fe                              D.Ca

Câu 2:Trong qúa trình điện phân CaCl₂ nóng chảy, ở catot xảy ra phản ứng :

          A.oxi hóa ion Cl^-                                 B. khử ion Cl^- 

         C.oxi hóa ion Ca²⁺                                          D. khử ion Ca²⁺

Câu 3:Khi cho luồng khí hidro (có dư) đi qua ống nghiệm chứa Al₂O₃, Fe₂O₃, CuO, MgO nung nóng đến khi phản ứng xảy ra hòan tòan. Chất rắn còn lại trong ống nghiệm bao gồm

         A.Al₂O₃, Fe₂O₃, CuO, Mg                                          B.Al₂O₃, Fe, Cu, MgO           

         C.Al, Fe, Cu, Mg                                                        D.Al, Fe, Cu, MgO

Câu 4:Phương pháp thủy luyện là phương pháp dùng kim lọai có tính khử mạnh để khử ion kim lọai khác trong hợp chất ở dạng:

          A.muối ở dạng khan                                                   B.dung dịch muối      

          C.Oxit kim lọai                                                           D.hidroxit kim lọai

Câu 5:Điện phân dung dịch chứa muối nào sau đây sẽ điều chế được kim lọai tương ứng

         A.NaCl;                     B.CaCl₂                  C.AgNO₃ (đ/c trơ)            D.AlCl₃.

Câu 6: Có thể điều chế Ca bằng các phương pháp nào

         A. Dùng Na đẩy Ca khỏi CaCl₂ nóng chảy

         B. Dùng CO ( hoặc H₂ ) khử CaO ở nhiệt độ rất cao

         C. Nhiệt phân CaO ở nhiệt độ rất cao

         D. Điện phân nóng chảy CaCl₂

Câu 7:Để điều chế kim loại người ta thực hiện :

            A. quá trình oxi hóa kim loại trong hợp chất      

           B. quá trình khử kim loại trong hợp chất

            C. quá trình khử ion kim loại trong hợp chất

            D. quá trình oxi hóa ion kim loại trong h/chất

Câu 8: Trong trường hợp nào sau đây ion Na⁺ bị khử thành Na.

            A. Điện phân dung dịch NaOH                                  B. Điện phân dung dịch Na₂SO₄

            C. Điện phân NaOH nóng chảy                                  D. Điện phân dung dịch NaCl

Câu 9:Những kim loại nào sau đây có thể điều chế được từ oxit bằng phương pháp nhiệt luyện nhờ chất khử CO?

          A. Fe, Al, Cu                                                  B. Zn, Mg, Fe            

          C. Fe, Mn, Ni                                                  D. Ni, Cu, Ca

Câu 10: Khi cho luồng khí hidro (có dư) đi qua ống nghiệm chứa Al₂O₃, FeO, CuO, MgO nung nóng, đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Chất rắn còn lại trong ống nghiệm gồm:

            A. Al₂O₃, FeO, CuO, MgO                                                    B. Al₂O₃, Fe, Cu, MgO    

            C. Al, Fe, Cu, MgO                                                             D. Al, Fe, Cu, Mg

ĐÁP ÁN